大家好，我是小风哥。
学C语言时有一个奇怪的关键字volatile，这到底有什么用呢？
volatile与编译器
首先来看这样一段代码：
int busy = 1;
void wait() {
while(busy) {
;
}
}
编译一下，注意，这里使用O2优化：
让我们仔细看看生成的这段汇编：
wait:
mov eax, DWORD PTR busy[rip]
.L2:
test eax, eax
jne .L2
ret
busy:
.long 1
其中L2这一段即为while循环，这段指令是经过编译器优化的，可以看到，决定能否跳出循环是通过检查寄存器eax来完成的，而没有检查变量busy所在内存的真实内容。
注意，对于这段代码来说这里的优化是正确的，但问题是如果还有其它代码修改了变量busy，那么这里的优化会导致其它代码对变量busy的修改根本就不能生效，就像这样：
int busy = 1;
// 该函数在A线程中执行
void wait() {
while(busy) {
;
}
}
// 该函数在B线程中执行
void signal() {
busy = 0;
}
如果wait函数中while循环对应的机器指令仅仅从寄存器中读取数据那么即使B线程的signal函数修改了busy变量也不能让wait函数从循环中跳出来。
如果你对busy变量使用volatile修饰，生成的指令就变成这样了：
wait:
.L2:
mov eax, DWORD PTR busy[rip]
test eax, eax
jne .L2
ret
busy:
.long 1
注意看此时L2这一段，每次都从busy变量所在的内存中读取数据并存放在eax，然后再去判断，这样就能确保每次都能读取到busy变量的最新值。
实际上你可以把寄存器eax当做busy所在内存的cache，当cache(寄存器)和内存中的数据一致时不会有任何问题，但当cache与内存中的数据不一致时(也就是内存已被更新但cache保存的还是旧数据)，程序的运行往往出乎预料。
除了多线程的例子，还有一类就是signal handler以及硬件修改该变量(用C语言与硬件交互式时经常遇到)，如果编译器生成文章开头那样的指令那么等待线程将检测不到signal handler或者硬件对变量的修改。
因此在这里我们需要告诉编译器：“不要耍小聪明，不要只从寄存器中读数据，这个变量可能在其它地方已经被修改了，使用时从内存中获取最新数据”。现在是时候简单总结一下了，volatile仅仅阻止编译器试图去优化对变量的读取操作。
volatile与多线程
一定要注意volatile仅仅确保变量的可见性，但和变量的原子访问没有半毛钱关系，这是两个完全不同的任务。假设有一个非常复杂的结构体struct foo:
struct data {
int a;
int b;
int c;
...
};
volatile struct data foo;
void thread1() {
foo.a = 1;
foo.b = 2;
foo.c = 3;
...
}
void thread2() {
int a = foo.a;
int b = foo.b;
int c = foo.c;
...
}
你仅仅用volatile去修饰变量foo只是确保了当该变量被thread1修改后我们能在thread2中读取到最新值，但是这解决不了多线程并发读写需要原子访问foo的问题。
确保变量原子性访问一般都采用锁，当使用锁时，锁本身就包含了volatile提供能力，即，确保变量的可见性，因此当使用锁时没有必要使用volatile。
volatile与memory order
有的同学可能会想如果我想用volatile修饰的变量没有那么复杂，仅仅是一个int，就像这样：
volatile int busy = 0;
A线程读取busy变量，B线程更新busy变量，当A检测到busy变化后执行特定操作，这样可行吗？既然通过volatile修饰后可以确保每次都从内存中读取busy，那么应该可以这样使用吧。
然而，计算机在概念上可能相对简单些，但在工程实践中是复杂的。
我们知道由于CPU与内存之间的速度差异非常大，CPU与内存之间有一层cache，CPU其实并没有直接读取内存，cache的存在会让问题复杂起来，限于篇幅与本文主题这里不再展开。
为优化内存读写，CPU可能会对内存读写操作进行指令重排，reordering，带来的后果就是：假设在线程1中先后执行第N行代码与第N+1行代码，但在线程2看来却是第N+1行代码先生效，假设X的初始值为0，Y的初始值为1：
线程1 线程2
X = 10 if (!busy)
busy = 0; Y = X;
当线程2检测到busy为0后读取X的值，此时读取到的X值可能为0。
为解决这一问题，我们需要的不是volatile，volatile解决不了reordering问题，我们需要的是内存屏障，memory barrier。
内存屏障是一类机器指令，该指令对处理器在该屏障指令之前与之后的内存操作进行了限制，确保不会出现重排问题。
而内存屏障带来的效果依然能够涵盖volatile提供的功能，因此也不需要volatile。
可以看到，在多线程环境下我们几乎总是不会使用volatile关键字。
